WO2018074168A1 - 車両用のバックアップ装置 - Google Patents

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皓 滕
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Definitions

  • the present invention relates to a backup device for a vehicle.
  • the capacitor is used as an auxiliary power source during vehicle operation by charging the capacitor (power backup unit) after starting the vehicle operation to increase the charging voltage. At the end, the capacitor is discharged to lower the charging voltage and suppress the deterioration of the capacitor.
  • the present invention has been made based on the above circumstances, and can quickly increase the charging voltage of the second power supply unit to a target level after the vehicle operation starts, and the second power supply unit after the vehicle operation ends.
  • An object of the present invention is to realize a backup device for a vehicle that can suppress deterioration by reducing the charging voltage to an appropriate level.
  • the present invention Charging and discharging the second power supply unit in a vehicle power supply system comprising a first power supply unit and a second power supply unit serving as a power supply source when power supply from at least the first power supply unit is abnormal
  • a backup device for a vehicle to be controlled A charging circuit that performs a charging operation for charging the second power supply unit and a charging stop operation for stopping charging of the second power supply unit;
  • a first target voltage value that is a target voltage value of the second power supply unit when the start switch for starting the vehicle is in an OFF state, and a target voltage value of the second power supply unit when the start switch is in an ON state.
  • a determination unit configured to determine a value lower than the second target voltage value based on a second target voltage value, a value indicating the charging capability of the charging circuit, and a predetermined time limit; When the starting switch is turned on, the charging circuit is charged so that the charging voltage of the second power supply unit reaches the second target voltage value when the starting switch is turned on, and the starting switch is turned off.
  • a control unit that causes the discharge circuit to perform a discharge operation so that the charging voltage of the second power supply unit is the first target voltage value determined by the determination unit;
  • the backup device uses the first target voltage value that is the target voltage value of the charging voltage of the second power supply unit as the target voltage value in the on state (second Set lower than the target voltage value.
  • the target voltage value of the second power supply unit when the start switch is in the on state is not simply lowered the target voltage value (first target voltage value) of the charging voltage of the second power supply unit when the vehicle operation is stopped. It can be set based on a value (second target voltage value), a value indicating the charging capability of the charging circuit, and a predetermined time limit.
  • the target voltage value (first target voltage value) of the second power supply unit when the vehicle operation is stopped is more appropriately set in accordance with the charging state assumed when the vehicle is subsequently turned on and the required time limit. can do.
  • the charging voltage of the second power supply unit is quickly reached to the target level after the vehicle operation starts. After the vehicle operation is finished, the charging voltage of the second power supply unit can be lowered to an appropriate level to suppress deterioration.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating a vehicle power supply system including a backup device according to a first embodiment.
  • 1 is a circuit diagram schematically showing a backup device of Example 1.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating the flow of charge control performed by the backup device according to the first embodiment.
  • 3 is a flowchart illustrating the flow of discharge control performed by the backup device according to the first embodiment.
  • 6 is a graph showing changes in charging voltage and changes in output current after the start of discharging of the second power supply unit in the backup device of Example 1; It is a graph which shows the relationship between the temperature correction coefficient of a capacity
  • the charging circuit steps down or boosts the voltage applied to the first conductive path electrically connected to the first power supply unit, and applies the voltage to the second conductive path electrically connected to the second power supply unit.
  • the backup device includes a voltage detection unit that detects the voltage of the first conductive path, a current detection unit that detects the current of the first conductive path, a temperature detection unit that detects the temperature of the second power supply unit, and a voltage detection An efficiency calculation unit that calculates the efficiency of the voltage conversion unit based on the voltage detected by the unit, and a capacity calculation unit that calculates the capacity of the second power supply unit based on the temperature detected by the temperature detection unit It may be.
  • the determination unit is configured to calculate the voltage of the first conductive path detected by the voltage detection unit, the current of the first conductive path detected by the current detection unit, the efficiency of the voltage conversion unit calculated by the efficiency calculation unit, and the capacity calculation.
  • the first target voltage value may be determined based on the capacity of the second power supply unit calculated by the unit, the second target voltage value, and the time limit.
  • the backup device configured in this manner provides the target voltage value (first target voltage value) of the second power supply unit when the start switch for starting the vehicle is in the off state, and the first voltage when the start switch is in the on state.
  • the target voltage value (second target voltage value) of the two power supply units and a predetermined time limit the voltage and current of the charging path (first conductive path) from the first power supply unit to the second power supply unit; This can be determined by reflecting the efficiency of the voltage conversion unit and the capacity of the second power supply unit. In other words, after more specifically and finely reflecting the charging state assumed after the start switch is turned on (after the vehicle is started), the target voltage value (first target) of the second power supply unit when the vehicle operation is stopped. Voltage value) can be set more appropriately.
  • the backup device has a predetermined continuous output time that is predetermined as a required value for the second power supply unit, a lower limit voltage that is predetermined as a lower limit value that can be discharged in the second power supply unit, and a value that indicates the discharge capability of the discharge circuit.
  • a second determination unit that determines the second target voltage value based on the above may be included.
  • the backup device configured as described above has not only the target voltage value (first target voltage value) of the second power supply unit when the start switch for starting the vehicle is in the OFF state, but also when the start switch is in the ON state.
  • This target voltage value (second target voltage value) can also be set more appropriately.
  • a predetermined continuous output time predetermined as a required value for the second power supply unit, a lower limit voltage predetermined as a lower limit value that can be discharged in the second power supply unit, and a discharge capacity of the discharge circuit are shown. Based on the value, it is possible to make an appropriate setting that specifically reflects the time and discharge environment required after the on state is entered.
  • FIG. 1 is a block diagram of a vehicle power supply system 100 (hereinafter also simply referred to as the power supply system 100) including the vehicle backup device 1 (hereinafter also simply referred to as the backup device 1) according to the first embodiment.
  • the power supply system 100 serves as a power supply source when power supply from at least the first power supply unit 91 is interrupted, and a first power supply unit 91 serving as a main power supply for supplying power to a load 94 (power supply target).
  • the system is configured to supply power to the load 94 using the unit 91 or the second power supply unit 92 as a power supply source.
  • the power supply system 100 shown in FIG. 1 applies a voltage based on the output voltage of the first power supply unit 91 to the wiring unit 81 configured as a wiring unit when the power supply from the first power supply unit 91 is in a normal state.
  • the power supply unit 91 is configured to supply power to the load 94 (power supply target) via the wiring unit 81. “When the power supply from the first power supply unit 91 is in a normal state” refers to a case where the output voltage of the first power supply unit 91 exceeds a predetermined value. For example, the second power supply unit 92 is not discharged. In this state, the voltage (potential) of the first conductive path 21 exceeds a predetermined threshold voltage.
  • the 1st power supply part 91 is a power supply for vehicles which can supply electric power to load 94 (electric power supply object), for example, is constituted as well-known in-vehicle batteries, such as a lead battery.
  • the first power supply unit 91 has a high potential side terminal electrically connected to the wiring unit 81, and applies a predetermined output voltage (hereinafter also referred to as + B voltage) to the wiring unit 81.
  • the terminal on the low potential side of the first power supply unit 91 is connected to the ground, for example.
  • the wiring unit 81 is a path for supplying power from the first power supply unit 91 to the load 94 (power supply target). When the power supply from the first power supply unit 91 is abnormal, the wiring unit 81 is transferred from the second power supply unit 92 to the load 94. It can function as a path for supplying power.
  • the wiring unit 81 is electrically connected to the first conductive path 21 of the backup device 1, and the output voltage of the first power supply unit 91 is applied to the first conductive path 21.
  • the second power supply unit 92 is configured by known power storage means such as an electric double layer capacitor (EDLC).
  • EDLC electric double layer capacitor
  • a terminal on the high potential side of the second power supply unit 92 is electrically connected to the wiring unit 82, and the wiring unit 82 is electrically connected to the second conductive path 22 of the backup device 1.
  • the terminal on the low potential side of the second power supply unit 92 is connected to, for example, the ground.
  • the second power supply unit 92 is electrically connected to the charge / discharge circuit unit 3 through the wiring unit 82 and the second conductive path 22, and is charged or discharged by the charge / discharge circuit unit 3.
  • the output voltage when the second power supply unit 92 is fully charged may be larger or smaller than the output voltage when the first power supply unit 91 is fully charged.
  • the load 94 corresponds to an example of a power supply target, and is configured as a known vehicle electrical component.
  • the load 94 is preferably an electrical component for which power supply is desired even when the first power supply unit 91 fails, such as an ECU or an actuator in a shift-by-wire system.
  • the load 94 operates based on the power supplied from the first power supply unit 91 in the normal state described above, and operates based on the power supplied from the second power supply unit 92 in the abnormal state.
  • the start switch 70 is configured as a known ignition switch.
  • the start switch 70 switches to an on state when a predetermined start operation (ignition switch on operation) for starting the engine is performed on an operation unit (not shown) provided in the vehicle, and stops the engine.
  • the switch is switched to an off state when a predetermined stop operation (ignition switch off operation) is performed.
  • an ignition on signal indicating that the start switch 70 is in the on state from the external device 72 provided outside the backup device 1 to the control unit 5 of the backup device 1.
  • IG ON signal an ignition on signal indicating that the start switch 70 is in an off state
  • an ignition off signal hereinafter also referred to as an IG off signal
  • the backup device 1 mainly includes a first conductive path 21, a second conductive path 22, a charge / discharge circuit unit 3, current detection units 31, 32, voltage detection units 41, 42, a temperature detection unit 50, a control unit 5, and the like. .
  • the first conductive path 21 is a wiring that conducts to a terminal on the high potential side of the first power supply unit 91, and a predetermined DC voltage corresponding to the output voltage of the first power supply unit 91 is applied.
  • the second conductive path 22 is a wiring that conducts to the high potential side terminal of the second power supply unit 92, and has a configuration in which a predetermined DC voltage corresponding to the output voltage of the second power supply unit 92 is applied.
  • the charging / discharging circuit unit 3 includes a function as a charging circuit 3A that charges the second power source unit 92 based on the power supplied from the first power source unit 91 via the first conductive path 21, and the second power source unit 92. What is necessary is just to have the function as the discharge circuit 3B which discharges and supplies the discharge current to the wiring part 81.
  • FIG. The charge / discharge circuit unit 3 has, for example, a configuration as shown in FIG.
  • the charge / discharge circuit unit 3 shown in FIG. 2 is configured as a bidirectional type step-up / step-down DCDC converter, and boosts or steps down a DC voltage applied to one of the first conductive path 21 or the second conductive path 22. A function of outputting to the other conductive path.
  • the voltage converter 3C has a function as the charging circuit 3A shown in FIG. 1 and a function as the discharging circuit 3B.
  • the voltage conversion unit 3C is provided between the first conductive path 21 and the second conductive path 22 so as to boost or step down the voltage input by the on / off operation of the switching elements T1, T2, T3, T4 and output the voltage.
  • the voltage conversion operation is performed.
  • the voltage conversion unit 3 ⁇ / b> C operates in a first mode in which a voltage applied to the first conductive path 21 is boosted or lowered to apply a desired voltage to the second conductive path 22, and applied to the second conductive path 22.
  • the operation of the second mode in which a desired voltage is applied to the first conductive path 21 by increasing or decreasing the voltage can be performed.
  • the first mode is a charge mode for charging the second power supply unit 92
  • the second mode is a discharge mode for discharging the second power supply unit 92.
  • the voltage conversion unit 3C includes switching elements T1, T2, T3, T4 arranged in an H bridge structure, and a coil L1. Further, the voltage conversion unit 3C includes a capacitor C1 interposed between the first conductive path 21 and the ground, and a capacitor C2 interposed between the second conductive path 22 and the ground.
  • the switching elements T1, T2, T3, and T4 are all configured as N-channel MOSFETs.
  • the first conductive path 21 is connected to the drain of the switching element T1, and the drain of the switching element T2 and one end of the coil 8 are connected to the source of the switching element T1.
  • the second conductive path 22 is connected to the drain of the switching element T3, and the drain of the switching element T4 and the other end of the coil 8 are connected to the source of the switching element T3.
  • the sources of the switching elements T2 and T4 are connected to the ground.
  • Each signal from a drive circuit 5B described later is input to each gate of the switching elements T1, T2, T3, and T4.
  • FIG. 2 illustration of individual signal lines connected to the gates of the switching elements T1, T2, T3, and T4 is omitted.
  • the current detectors 31 and 32 are both configured as known current detection circuits.
  • the current detection unit 31 is a current detection circuit that detects a current flowing through the first conductive path 21, for example, a shunt resistor provided in the first conductive path 21, and an analog voltage obtained by amplifying the voltage across the shunt resistor. And a differential amplifier that outputs a value to the control unit 5.
  • the current detection unit 32 is a current detection circuit that detects a current flowing through the second conductive path 22, for example, a shunt resistor provided in the second conductive path 22, and an analog voltage obtained by amplifying the voltage across the shunt resistor. And a differential amplifier that outputs a value to the control unit 5.
  • the control unit 5 grasps the current value flowing through the first conductive path 21 based on the value input from the current detection unit 31 (the detection value of the current detection unit 31), and the value input from the current detection unit 32 (current The current value flowing through the second conductive path 22 is grasped based on the detection value of the detection unit 32.
  • the voltage detectors 41 and 42 are both configured as known voltage detection circuits.
  • the voltage detector 41 is a value indicating the voltage (potential) of the first conductive path 21 (for example, a voltage value of the first conductive path 21 or a value obtained by dividing the voltage value of the first conductive path 21 by a voltage dividing circuit). Is input to the control unit 5 as a detection value.
  • the voltage detector 42 is a value indicating the voltage (potential) of the second conductive path 22 (for example, a voltage value of the second conductive path 22 or a value obtained by dividing the voltage value of the second conductive path 22 by a voltage dividing circuit). Is input to the control unit 5 as a detection value.
  • the control unit 5 grasps the voltage value (potential) of the first conductive path 21 based on the value input from the voltage detection unit 41 (the detection value of the voltage detection unit 41), and the value input from the voltage detection unit 42 Based on (the detection value of the voltage detector 42), the voltage value (potential) of the second conductive path 22 is grasped.
  • the temperature detection unit 50 is configured by a known temperature sensor, and is disposed, for example, in contact with the surface of the second power supply unit 92 or in proximity to the second power supply unit 92.
  • the temperature detection unit 50 generates an analog voltage value indicating the temperature of the arrangement position (near the second power supply unit 92) and inputs the analog voltage value to the control unit 5.
  • the control unit 5 includes a control circuit 5A configured as, for example, a microcomputer and a drive circuit 5B that generates a drive signal to be supplied to the voltage conversion unit 3C, and controls a charging operation and a discharging operation by the charge / discharge circuit unit 3. .
  • the control circuit 5A includes an arithmetic device such as a CPU, a memory such as a ROM or a RAM, an AD converter, and the like.
  • the control circuit 5A performs feedback control by a known method based on the current value and voltage value input from the current detection units 31, 32 and the voltage detection units 41, 42 and the target voltage value set by the control circuit 5A.
  • the duty of the PWM signal given to the voltage conversion unit 6 is set.
  • the drive circuit 5B is a circuit that outputs a control signal for turning on and off the switching elements T1, T2, T3, and T4.
  • the drive circuit 5B selects a pair of elements to be PWM signal output from the switching elements T1, T2, T3, and T4, and outputs the PWM signal in a complementary manner to the selected pair of elements.
  • the drive circuit 5B outputs a signal for turning on or off the gate of the switching element that is not the output target of the PWM signal.
  • the charging voltage (output voltage) when the second power supply unit 92 is fully charged is lower than the charging voltage (output voltage) when the first power supply unit 91 is fully charged shown in FIG.
  • the charging voltage (output voltage) of the first power supply unit 91 is maintained near a predetermined value (for example, about 12 V) higher than the charging voltage (output voltage) of the second power supply unit 92. It has become.
  • the control unit 5 shown in FIG. 2 uses the first conductive path 21 as an input-side conductive path and the second conductive path 22 as an output-side conductive path.
  • the voltage converter 3C is caused to perform a step-down operation so that an output voltage having a desired target voltage value is applied to the path 22.
  • the controller 5 complementarily outputs a PWM signal in a form in which a dead time is set for each gate of the switching elements T1 and T2.
  • the controller 5 outputs an off signal to the gate of the switching element T2 while outputting the on signal to the gate of the switching element T1, and performs switching while outputting an on signal to the gate of the switching element T2.
  • An off signal is output to the gate of the element T1.
  • the control unit 5 continuously outputs an on signal to the gate of the switching element T3, and continuously outputs an off signal to the gate of the switching element T4. That is, the switching element T3 is maintained in the on state, and the switching element T4 is maintained in the off state.
  • the output voltage applied to the second conductive path 22 by the voltage converter 3C in the first mode is determined according to the duty of the PWM signal that the controller 5 gives to the gate of the switching element T1.
  • the voltage conversion unit 3C functions as the charging circuit 3A shown in FIG. 1 and functions to perform a charging operation for charging the second power supply unit 92 when the control unit 5 performs control in the first mode.
  • the control of the first mode is not performed (for example, when the operation of the voltage conversion unit 3C is stopped)
  • the charge stop operation for stopping the charging of the second power supply unit 92 is performed.
  • the control unit 5 When performing the operation in the second mode (discharge mode), the control unit 5 uses the second conductive path 22 as the input side conductive path and the first conductive path 21 as the output side conductive path, and the first conductive path 21 has a desired value.
  • the voltage converter 3C is caused to perform a boost operation so as to apply the output voltage of the target voltage value.
  • the controller 5 complementarily outputs a PWM signal in a form in which a dead time is set for each gate of the switching elements T1 and T2.
  • the control unit 5 outputs an OFF signal to the gate of the switching element T1 while the ON signal is output to the gate of the switching element T2, and performs switching while outputting an ON signal to the gate of the switching element T1.
  • An off signal is output to the gate of the element T2.
  • the control unit 5 continuously outputs an on signal to the gate of the switching element T3, and continuously outputs an off signal to the gate of the switching element T4. That is, the switching element T3 is maintained in the on state, and the switching element T4 is maintained in the off state.
  • the output voltage applied to the first conductive path 21 by the voltage conversion unit 3C in the second mode is determined according to the duty of the PWM signal that the control unit 5 applies to the gate of the switching element T2.
  • the voltage conversion unit 3C functions as the discharge circuit 3B illustrated in FIG. 1 and functions to perform a discharge operation for discharging the second power supply unit 92 when the control unit 5 performs the control of the second mode.
  • the second mode control is not performed (for example, when the operation of the voltage conversion unit 3C is stopped), it functions to perform a discharge stop operation for stopping the discharge of the second power supply unit 92.
  • the power supply system 100 shown in FIG. 1 operates with the first power supply unit 91 as a main power supply, and can operate the second power supply unit 92 as a power supply source when the power supply from the first power supply unit 91 is abnormal. It is configured as. Charging and discharging of the second power supply unit 92 are controlled by the backup device 1 as follows.
  • the control unit 5 can monitor the state of the start switch 70.
  • the start switch 70 when the user performs a start operation (on operation) for switching the start switch 70 (ignition switch) to the on state in the vehicle in which the vehicle power supply system 100 is mounted, the start switch 70 is turned on from the off state. Switch to state.
  • an IG off signal is continuously input from the external device 72 to the control unit 5.
  • the external device 72 inputs the control unit 5.
  • the signal to be switched is switched from the IG off signal to the IG on signal. Note that while the start switch 70 is in the ON state, the IG ON signal is continuously input to the control unit 5.
  • the control unit 5 When the control unit 5 detects that the signal input from the external device 72 to the control unit 5 is switched from the IG off signal to the IG on signal, the control unit 5 performs the charging control shown in FIG.
  • the control unit 5 first executes the process of step S1, and causes the voltage converting unit 3C to perform the above-described charging operation. Specifically, the control unit 5 starts the operation of the first mode (charging mode) described above in step S1, sets the first conductive path 21 as the input side conductive path and sets the second conductive path 22 as the output side conductive path.
  • the voltage conversion unit 3C performs a step-down operation so that an output voltage having a desired target voltage value is applied to the second conductive path 22.
  • the output voltage value (target voltage value) applied to the second conductive path 22 by the voltage conversion unit 3C may be, for example, about the output voltage value when the second power supply unit 92 is fully charged, or a value slightly larger than this. It may be.
  • the control unit 5 executes the process of step S1 to start the charging operation of the voltage conversion unit 3C, and then executes the process of step S2 to determine the second target voltage value Vt2.
  • the second target voltage value Vt2 is a target charging voltage value of the second power supply unit 92 when the start switch 70 is in the on state.
  • the control unit 5 corresponds to an example of a second determination unit that determines the second target voltage value Vt2, and a predetermined continuous output time T predetermined as a required value for the second power supply unit 92 and the second power supply
  • the second target voltage value Vt2 is set based on a lower limit voltage X that is predetermined as a lower limit value that can be discharged in the unit 92, and values that indicate the discharge capability of the discharge circuit 3B (output voltage value Vout, output current value Iout, etc.). decide.
  • the output voltage value Vout and the output current value Iout are a voltage value and a current value output from the voltage conversion unit 3C when the second power supply unit 92 performs a discharge operation in accordance with the occurrence of an abnormality.
  • the continuous output time T should continue to output the output voltage value Vout and the output current value Iout from the voltage conversion unit 3C when causing the voltage conversion unit 3C to perform the discharging operation of the second power supply unit 92 due to the occurrence of an abnormality. It is the minimum time.
  • the control unit 5 causes the voltage conversion unit 3C to perform a discharge operation in which the output voltage value is Vout and the output current value is Iout
  • the continuous output time from the discharge operation start time t (1).
  • Starting time t (1) calculated from the lower limit voltage X so that the charging voltage (output voltage) of the second power supply unit 92 becomes the predetermined lower limit voltage X at the time (t (n)) when T has elapsed.
  • the charging voltage (output voltage) of the second power supply unit 92 at is determined as the second target voltage value Vt2.
  • the control unit 5 sets the output voltage value for the first conductive path 21.
  • the second power source is at the time t (n) when the continuous output time T has elapsed from the start time t (1). This is because the charging voltage (output voltage) of the unit 92 becomes the lower limit voltage X.
  • the second target voltage value Vt2 is determined so as to satisfy such a relationship.
  • the second target voltage value Vt2 is a charging voltage (required in order to continue the discharge operation with the output voltage value Vout and the output current value Iout as the output voltage value Vout and the output current value Iout, respectively, for at least time T.
  • Required minimum charging voltage can be determined as follows.
  • V (t (n)) is the charging voltage value of the second power supply unit 92 at time t (n) when the discharging operation is performed with the output voltage value Vout and the output current value Iout.
  • the time t (n) is the continuous output time T
  • V (t (n)) is the lower limit voltage X.
  • Equation 1 defines the second target voltage value Vt2 by taking into account the lowering voltage X and the maximum voltage drop Vd due to the internal resistance of the second power supply unit 92 in addition to the decrease in charging voltage due to such energy loss.
  • ⁇ V (t (n)) in Equation 1 is calculated as follows.
  • the efficiency (converter efficiency) Y (t (n)) of the voltage conversion unit 3C at t (n) can be expressed as the following Expression 3.
  • A, B, and C are coefficients (fixed values) determined based on the specific configuration of the voltage conversion unit 3C.
  • This efficiency (converter efficiency) Y (t (n)) is such that the charging voltage value of the second power supply unit 92 is V (t (n)) when the voltage conversion unit 3C operates in the second mode (discharge mode). Is the efficiency of the voltage conversion unit 3C at the time, and is correlated by the equation of Equation 3 so that the efficiency is determined according to V (t (n)).
  • the current value I (t (n)) discharged from the second power supply unit 92 at time t (n) can be expressed as the following equation 4.
  • Equation 5 C is the capacity of the second power supply unit 92.
  • V (t (n)) can be calculated by the formulas 2 to 5 described above. Note that V (t (1)) in the case where the above-described decrease Va is calculated backward from the lower limit voltage X is expressed by the following equation (6).
  • V (t (1)) is the charging voltage at the discharge start time t (1) when the voltage drop due to the internal resistance of the second power supply unit 92 is not assumed.
  • the second target voltage value Vt2 in the case where the maximum voltage drop Vd due to the internal resistance is taken into consideration is as shown in Equation 1.
  • Equation 1 Vd is the maximum voltage drop and can be expressed by Equation 7 below.
  • Equation 7 R is the internal resistance of the second power supply unit 92 and can be expressed by Equation 8 below.
  • Kr is a temperature correction coefficient of resistance value
  • Rb is a reference value of internal resistance.
  • the temperature correction coefficient of the resistance value has a relationship as shown in FIG. 6, and data as shown in FIG. 6 (that is, data such as a table in which the temperature and the temperature correction coefficient of the resistance value are associated with each other, an arithmetic expression, etc.) And so on.
  • the temperature correction coefficient of the resistance value corresponding to the temperature detected by the temperature detection unit 50 at the time of step S2 in FIG. 3 is acquired from the data stored in the memory.
  • the internal resistance reference value Rb can be measured and calculated by the method shown in FIG. Specifically, when the charging control of FIG. 3 is performed and the charging operation is stopped in step S4, the amount of change ⁇ V2 in the charging voltage of the second power supply unit 92 immediately before and after the stop, and the second conductive path immediately before the stop. Based on 22 currents (charging current) Ib, it can be calculated as shown in Equation 9.
  • the capacity C of the second power supply unit 92 in Expression 5 can be obtained by the following Expression 10 based on the reference value Cb of capacity and the temperature correction coefficient Kc of capacity.
  • the control unit 5 corresponds to an example of a capacity calculation unit.
  • the reference value Cb of the capacity can be measured and calculated by a method as shown in FIG. Specifically, after the charging operation is started in FIG. 3, if the change in the charging voltage is ⁇ V1 when the charging operation is performed for a certain period ⁇ t1 with the constant current Ia, the capacity reference is expressed by the following equation (11).
  • the value Cb can be represented. It should be noted that the calculation of the capacity reference value Cb and the capacity C can be performed every time the process of step S2 in FIG. 3 is performed, and the latest capacity C can be used every time it is calculated.
  • Kc is a capacity temperature correction coefficient
  • the capacity temperature correction coefficient has a relationship as shown in FIG.
  • Data as shown in FIG. 6 (namely, a table in which temperature and capacity temperature correction coefficients are associated, data such as arithmetic expressions) is stored in a memory (not shown) or the like.
  • the temperature correction coefficient of the capacity corresponding to the temperature detected by the temperature detection unit 50 at the time of step S2 in FIG. 3 is acquired from the data stored in the memory.
  • the control unit 5 calculates the second target voltage value Vt2 by the calculation method as described above in step S2 of the control in FIG. After the second target voltage value Vt2 is determined, the control unit 5 monitors the charging voltage (output voltage) of the second power supply unit 92 while continuing the control for causing the voltage conversion unit 3C to perform the charging operation. Specifically, after step S2, the control unit 5 repeatedly determines whether or not the voltage of the second conductive path 22 has reached the second target voltage value Vt2 in step S3, and the voltage of the second conductive path 22 is determined. Specifically, when the potential at the detection position of the voltage detection unit 42 becomes the second target voltage value Vt2 (Yes in Step S3), the charging operation of the voltage conversion unit 3C is stopped in Step S4. .
  • the control unit 5 determines the charging voltage of the second power supply unit 92 when the start switch 70 is turned on (when the signal input from the outside is switched from the IG off signal to the IG on signal).
  • the charging / discharging circuit unit 3 (charging circuit) is charged so as to reach the second target voltage value Vt2, and the start switch 70 is in the ON state (that is, while the vehicle is in a travelable state). Maintains the charging voltage of the second power supply unit 92 in the vicinity of the second target voltage value Vt2.
  • the control unit 5 When the control unit 5 detects that the signal input from the external device 72 to the control unit 5 is switched from the IG on signal to the IG off signal, the control unit 5 performs the discharge control shown in FIG.
  • the control unit 5 first executes the process of step S21 to cause the voltage conversion unit 3C to perform the above-described discharge operation. Specifically, the control unit 5 starts the operation in the second mode (discharge mode) described above in step S21, sets the second conductive path 22 as the input side conductive path, and sets the first conductive path 21 as the output side conductive path.
  • the voltage converter 3 ⁇ / b> C performs a boosting operation so that an output voltage having a desired target voltage value is applied to the first conductive path 21.
  • the output voltage value (target voltage value) applied to the first conductive path 21 by the voltage conversion unit 3C may be, for example, about the output voltage value when the first power supply unit 91 is fully charged, or a value slightly larger than this. It may be.
  • the control unit 5 executes the process of step S21 to start the discharging operation of the voltage conversion unit 3C, and then executes the process of step S22 to determine the first target voltage value Vt1.
  • the first target voltage value Vt1 is a charge target voltage value of the second power supply unit 92 when the start switch 70 that starts the vehicle is in an OFF state.
  • the control unit 5 corresponds to an example of a determination unit, and the first target voltage value Vt1 is set to a second target voltage value Vt2 that is a target voltage value of the second power supply unit 92 when the switch is on. Based on a value indicating the charging capability of the charging circuit 3A and a predetermined time limit N, a value lower than the second target voltage value Vt2 is determined.
  • the control unit 5 corresponding to the determination unit includes the voltage of the first conductive path 21 detected by the voltage detection unit 41, the current of the first conductive path 21 detected by the current detection unit 31, and the efficiency.
  • the efficiency of the voltage conversion unit 3C calculated by the calculation unit the efficiency C of the second power supply unit 92 calculated by the capacity calculation unit, the second target voltage value Vt2, and the time limit N, the following number
  • the first target voltage value Vt1 is determined by the equation (12).
  • Is is an input current (charging current) that flows from the first power supply unit 91 to the voltage conversion unit 3C during the charging operation
  • Vs is the first conductive by the first power supply unit 91 during the charging operation. This is an input voltage (charge voltage) applied to the path 21.
  • the time limit N is a time limit until the second target voltage value Vt2 is reached after the start of charging (time to be suppressed within this time), and the second power source is used when the charging operation is performed with the input current Is and the input voltage Vs. This is the time required to raise the charging voltage of the unit 92 from the first target voltage value Vt1 to the second target voltage value Vt2.
  • Y (Vs) is the efficiency (converter efficiency) of the voltage converter 3C when the input voltage is the voltage Vs when the voltage converter 3C operates in the first mode (charging mode). May be obtained as the efficiency at the voltage Vs.
  • the converter efficiency (converter efficiency determined according to the input voltage) when the voltage conversion unit 3C performs the first mode operation (charging operation) is determined by table data or an arithmetic expression that determines the converter efficiency for each input voltage.
  • the converter efficiency Y (Vs) may be an efficiency determined as a value corresponding to the input voltage Vs in the table data or the arithmetic expression.
  • the control unit 5 corresponds to an example of an efficiency calculation unit. Note that Is, Vs, and Y (Vs) can be obtained every time the control of FIG. 3 is executed. In this case, the most recently detected Is, Vs, and Y (Vs) may be used in step S22. .
  • the control unit 5 calculates the first target voltage value Vt1 by the above calculation method in step S22 of the control of FIG. After the first target voltage value Vt1 is determined, the control unit 5 monitors the charging voltage (output voltage) of the second power supply unit 92 while continuing the control for causing the voltage conversion unit 3C to perform the discharging operation. Specifically, after step S22, the control unit 5 repeatedly determines whether or not the voltage of the second conductive path 22 has become equal to or lower than the first target voltage value Vt1 in step S23. When the voltage (specifically, the potential at the detection position of the voltage detection unit 42) is equal to or lower than the first target voltage value Vt1 (Yes in Step S23), the discharge operation of the voltage conversion unit 3C is performed in Step S24. Stop.
  • the control unit 5 determines the charging voltage of the second power supply unit 92 when the start switch is turned off (when the signal input from the outside is switched from the IG on signal to the IG off signal).
  • the charge / discharge circuit unit 3 discharge circuit
  • the charge / discharge circuit unit 3 is caused to perform a discharge operation so that the first target voltage value Vt1 set in step 1 is obtained.
  • the discharging operation of the charging / discharging circuit unit 3 is stopped.
  • the charging voltage of the second power supply unit 92 is set to the first target voltage while the start switch 70 is in the OFF state. It is maintained below the voltage value Vt1 and in the vicinity of the first target voltage value Vt1.
  • the start switch 70 When the start switch 70 is in an ON state, an abnormality in power supply from the first power supply unit 91 (for example, occurrence of a ground fault or disconnection in the vicinity of the first power supply unit 91) occurs, and the wiring unit 83 is connected from the first power supply unit 91.
  • the voltage (+ B voltage) applied to the first conductive path 21 changes from a value greater than the threshold value Vth to a value less than or equal to the threshold value Vth.
  • the control unit 5 continuously monitors the voltage of the first conductive path 21 when the start switch 70 is in the ON state.
  • the control unit 5 When the voltage of the first conductive path 21 becomes equal to or lower than the threshold value Vth, the control unit 5 Is determined to be in an abnormal state, and the second mode of operation is performed. Specifically, the voltage converter 3C is caused to perform the above-described discharge operation. Thereby, the load 94 can be backed up.
  • the switch which is not illustrated in the wiring part 83 you may interrupt
  • the backup device 1 uses the first target voltage value Vt1 that is the target voltage value of the charging voltage of the second power supply unit 92 as the target voltage value in the on state. It is set lower than (second target voltage value Vt2).
  • Vt1 the target voltage value of the charging voltage of the second power supply unit 92
  • the target voltage value (first target voltage value Vt1) of the charging voltage of the second power supply unit 92 when the vehicle operation is stopped is not simply lowered, but the second power supply unit 92 when the switch is in the on state is used.
  • the target voltage value (second target voltage value Vt2) a value indicating the charging capability of the charging circuit 3A
  • a predetermined time limit N the target voltage value (first target voltage value Vt1) of the second power supply unit 92 when the vehicle operation is stopped is set to match the charging state assumed when the vehicle is subsequently turned on and the required time limit N. It can be set appropriately.
  • the input current Is, the input voltage Vs, and the converter efficiency Y (Vs) are values indicating the charging ability of the charging circuit 3A.
  • the charging voltage of the second power supply unit 92 is targeted after the vehicle operation starts. It can be quickly raised to the level, and after the vehicle operation is finished, the charging voltage of the second power supply unit 92 can be lowered to an appropriate level to suppress deterioration.
  • the charging circuit 3 ⁇ / b> A steps down or boosts the voltage applied to the first conductive path 21 electrically connected to the first power supply unit 91, and the second conductive path 22 electrically connected to the second power supply unit 92.
  • the voltage conversion part 3C applied to is provided.
  • the backup device 1 includes a voltage detection unit 41 that detects the voltage of the first conductive path 21, a current detection unit 31 that detects the current of the first conductive path 21, and a temperature that detects the temperature of the second power supply unit 92.
  • the detection unit 50 an efficiency calculation unit that calculates the efficiency of the voltage conversion unit 3C based on the voltage detected by the voltage detection unit 41, and the capacity of the second power supply unit 92 based on the temperature detected by the temperature detection unit 50
  • a capacity calculation unit for calculating C uses the above-described equation (12), the voltage Vs of the first conductive path 21 detected by the voltage detection unit 41 (for example, the voltage Vs of the first conductive path 21 at the start of step S22), and the current The current Is of the first conductive path 21 detected by the detection unit 31 (for example, the current Is of the first conductive path 21 at the start of step S22) and the efficiency (voltage) of the voltage conversion unit 3C calculated by the efficiency calculation unit.
  • the converter efficiency Y (Vs) determined by the voltage Vs), the capacitance C of the second power supply unit 92 calculated by the capacitance calculation unit, and the second target voltage value Vt2
  • the first target voltage value Vt1 is determined based on the time limit N.
  • the backup device 1 configured as described above indicates the target voltage value (first target voltage value Vt1) of the second power supply unit 92 when the start switch 70 is in the off state, and the second voltage when the switch is in the on state.
  • the charging path (first conductive path 21) of the first power supply unit 91 to the second power supply unit 92 This can be determined by reflecting the voltage and current, the efficiency of the voltage conversion unit 3C, and the capacitance C of the second power supply unit 92. That is, after more specifically and finely reflecting the assumed charging state after the switch is turned on (after starting the vehicle), the target voltage value (first target value) of the second power supply unit 92 when the vehicle operation is stopped.
  • the voltage value Vt1) can be set even more appropriately.
  • the backup device 1 includes a predetermined continuous output time T that is predetermined as a required value for the second power supply unit 92, a lower limit voltage X that is predetermined as a lower limit value that can be discharged in the second power supply unit 92, and a discharge circuit 3B.
  • a second determination unit that determines the second target voltage value based on the values (Vout and Iout in Equation 4) indicating the discharge capacity of Specifically, in FIG. 5, Va is the voltage drop (the output voltage Vout and the output current Iout) determined based on the continuous output time T and the values (Vout and Iout in Equation 4) indicating the discharge capability of the discharge circuit 3B.
  • Vt2 is based on Va, the lower limit voltage X, and the maximum voltage drop Vd due to the internal resistance of the second power supply unit 92 (voltage drop when the current flowing from the second power supply unit 92 is the current I (t (n))).
  • Vt2 Vd + X + Va.
  • the target voltage value at that time can also be set more appropriately.
  • a predetermined continuous output time T that is predetermined as a required value for the second power supply unit 92
  • a lower limit voltage X that is predetermined as a lower limit value that can be discharged in the second power supply unit 92
  • the discharge circuit 3B Based on the value indicating the discharge capacity, it is possible to appropriately set the time and the discharge environment required after the on state is specifically reflected.
  • Example 1 although the lead battery is used for the 1st power supply part 91, it is not limited to this structure, In any example of this specification, it replaces with a lead battery or uses together with a lead battery.
  • Other power supply means other known power storage means such as a lithium ion battery, power generation means, etc.
  • the number of power supply means configuring the first power supply unit 91 is not limited to one, and may be configured by a plurality of power supply means.
  • an electric double layer capacitor (EDLC) is used for the second power supply unit 92.
  • the present invention is not limited to this configuration, and in any example of the present specification, the second power supply unit 92 includes lithium. You may use other electrical storage means, such as an ion battery, a lithium ion capacitor, and a nickel hydride rechargeable battery. Further, the number of power storage means configuring the second power supply unit 92 is not limited to one, and may be configured by a plurality of power storage means.
  • the configuration in which the second power supply unit 92 is provided outside the backup device 1 is illustrated, but the second power supply unit 92 may be configured as a part of the backup device 1.
  • the voltage conversion unit 3C has a function as the charging circuit 3A and a function as the discharging circuit 3B.
  • the charging circuit 3A and the discharging circuit 3B may be configured as separate circuits.
  • the second target voltage value Vt2 that is the target voltage value of the second power supply unit 92 when the start switch 70 is in the on state is calculated by the above-described calculation method has been described.
  • the voltage value Vt2 may be a fixed value lower than the charging voltage when the second power supply unit 92 is fully charged.
  • the second target voltage value Vt2 that is the target voltage value of the second power supply unit 92 when the start switch 70 is in the on state is calculated based on the equation 1 is shown.
  • a method other than the calculation method described in the first embodiment may be used.
  • the output voltage Vout and the output current Iout are discharged until the lower limit voltage X is reached by the voltage conversion unit 3C at a predetermined time, and the relationship between the elapsed time during the discharge and the charging voltage of the second power supply unit is monitored.
  • the charging voltage of the second power supply unit 92 at a time point that is back by the time T from the time when the lower limit voltage X is reached is obtained, and this charging voltage is Va + X, that is, V (t (1) ).
  • the value of Va may be determined in advance as a fixed value based on the continuous output time T and values (Vout, Iout in Equation 4) indicating the discharge capability of the discharge circuit 3B.
  • V (t (1)) when the output voltage of the second power supply unit 92 before starting discharge is V (t (1)), the output voltage Vout and the output are output by the voltage conversion unit 3C under a predetermined temperature condition.
  • V (t (1)) in such a relationship that the output voltage of the second power supply unit 92 becomes X when the time T elapses when the current Iout is discharged only for the time T corresponds to the above-described X + Va. It may be used as a fixed value (approximate value).

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Abstract

車両動作開始後には第２電源部の充電電圧を必要なレベルまで迅速に上昇させることができ、車両動作終了後には第２電源部の充電電圧を適正なレベルまで低下させて劣化を抑制し得る車両用のバックアップ装置を実現する。　バックアップ装置（１）において、決定部（５）は、車両を始動させる始動スイッチがオフ状態であるときの第２電源部（９２）の目標電圧値である第１目標電圧値Ｖｔ１を、オン状態であるときの目標電圧値である第２目標電圧値Ｖｔ２と、充電回路（３Ａ）の充電能力を示す値と、制限時間とに基づき、第２目標電圧値Ｖｔ２よりも低い値で決定する。制御部（５）は、始動スイッチがオン状態となった場合に第２電源部（９２）の充電電圧が第２目標電圧値Ｖｔ２に達するように充電回路（３Ａ）に充電動作を行わせ、始動スイッチがオフ状態となった場合に第１目標電圧値Ｖｔ１とするように放電回路（３Ｂ）に放電動作を行わせる。

Description

車両用のバックアップ装置
　本発明は、車両用のバックアップ装置に関するものである。
　車両用の電源システムは、主電源の失陥が生じると負荷への電力供給が途絶えてしまい、電気的な動作（例えば各種電子制御など）が不能になってしまう。このような問題を解消し得る構成として、補助電源を搭載した構成が知られており、例えば、特許文献１の技術では、電気二重層コンデンサを複数個用いたキャパシタユニットを補助電源として用いている。
特開２００４－３２２９８７号公報
　補助電源としてキャパシタを用いた場合、長時間にわたって高い充電電圧を維持するとキャパシタの劣化が進行してしまうという問題がある。この点に関し、特許文献１で開示される車両用電源装置では、車両動作開始後にキャパシタ（電源バックアップユニット）を充電して充電電圧を高めることで車両動作中にキャパシタを補助電源として用い、車両動作終了時にはキャパシタを放電することで充電電圧を低下させ、キャパシタの劣化を抑えている。
　しかし、特許文献１のように車両動作終了時に単にキャパシタを放電するだけでは、充電時間の増大又は劣化抑制効果の低減を招く虞がある。例えば、車両動作終了後にキャパシタの充電電圧を低下させすぎると、車両始動後に充電電圧を所望のレベルまで上昇させる際に充電時間が長くなってしまう。逆に、車両動作終了後のキャパシタの放電量が小さすぎると、劣化抑制効果が低減することになる。
　本発明は上記した事情に基づいてなされたものであり、車両動作開始後には第２電源部の充電電圧を目標とする水準まで迅速に上昇させることができ、車両動作終了後には第２電源部の充電電圧を適正なレベルまで低下させて劣化を抑制し得る車両用のバックアップ装置を実現することを目的とするものである。
　本発明は、
　第１電源部と少なくとも前記第１電源部からの電力供給が異常であるときに電力供給源となる第２電源部とを備えた車両用の電源システムにおいて前記第２電源部の充電及び放電を制御する車両用のバックアップ装置であって、
　前記第２電源部を充電する充電動作と前記第２電源部の充電を停止する充電停止動作とを行う充電回路と、
　前記第２電源部を放電する放電動作と前記第２電源部の放電を停止する放電停止動作とを行う放電回路と、
　車両を始動させる始動スイッチがオフ状態であるときの前記第２電源部の目標電圧値である第１目標電圧値を、前記始動スイッチがオン状態であるときの前記第２電源部の目標電圧値である第２目標電圧値と、前記充電回路の充電能力を示す値と、予め定められた制限時間とに基づいて、前記第２目標電圧値よりも低い値で決定する決定部と、
　前記始動スイッチがオン状態となった場合に前記第２電源部の充電電圧が前記第２目標電圧値に達するように前記充電回路に充電動作を行わせ、前記始動スイッチがオフ状態となった場合に前記第２電源部の充電電圧を前記決定部で決定した前記第１目標電圧値とするように前記放電回路に放電動作を行わせる制御部と、
を有する。
　このバックアップ装置は、車両を始動させる始動スイッチがオフ状態であるときに、第２電源部の充電電圧の目標電圧値である第１目標電圧値を、オン状態のときの目標電圧値（第２目標電圧値）よりも低く設定する。このように、車両動作停止中に第２電源部の充電電圧を相対的に低く抑えることができるため、第２電源部の劣化を抑制することができる。更には、車両動作停止中における第２電源部の充電電圧の目標電圧値（第１目標電圧値）を単に低くするのではなく、始動スイッチがオン状態であるときの第２電源部の目標電圧値（第２目標電圧値）と、充電回路の充電能力を示す値と、予め定められた制限時間とに基づいて設定することができる。つまり、車両動作停止中の第２電源部の目標電圧値（第１目標電圧値）を、その後にオン状態になったときに想定される充電状況や求められる制限時間に合わせてより適切に設定することができる。
　このように、オフ状態後の第２電源部の目標電圧値（第１目標電圧値）について適正化が図られるため、車両動作開始後には第２電源部の充電電圧を目標とする水準まで迅速に上昇させることができ、車両動作終了後には第２電源部の充電電圧を適正なレベルまで低下させて劣化を抑制することができる。
実施例１のバックアップ装置を備えた車両用電源システムを概略的に示すブロック図である。 実施例１のバックアップ装置を概略的に示す回路図である。 実施例１のバックアップ装置で行われる充電制御の流れを例示するフローチャートである。 実施例１のバックアップ装置で行われる放電制御の流れを例示するフローチャートである。 実施例１のバックアップ装置における第２電源部の放電開始後の充電電圧の変化及び出力電流の変化等を示すグラフである。 容量の温度補正係数と温度との関係、及び抵抗値の温度補正係数と温度との関係を示すグラフである。 抵抗値の基準値の測定方法を説明するグラフである。 容量の基準値の測定方法を説明するグラフである。
　ここで、本発明の望ましい例を示す。但し、本発明は以下の例に限定されない。
　充電回路は、第１電源部に電気的に接続された第１導電路に印加された電圧を降圧又は昇圧し、第２電源部に電気的に接続された第２導電路に印加する電圧変換部を備えていてもよい。更に、バックアップ装置は、第１導電路の電圧を検出する電圧検出部と、第１導電路の電流を検出する電流検出部と、第２電源部の温度を検出する温度検出部と、電圧検出部で検出された電圧に基づいて電圧変換部の効率を算出する効率算出部と、温度検出部で検出された温度に基づいて第２電源部の容量を算出する容量算出部と、を有していてもよい。決定部は、電圧検出部で検出された第１導電路の電圧と、電流検出部で検出された第１導電路の電流と、効率算出部で算出された電圧変換部の効率と、容量算出部で算出された第２電源部の容量と、第２目標電圧値と、制限時間とに基づいて第１目標電圧値を決定するように機能してもよい。
　このように構成されたバックアップ装置は、車両を始動させる始動スイッチがオフ状態であるときの第２電源部の目標電圧値（第１目標電圧値）を、始動スイッチがオン状態であるときの第２電源部の目標電圧値（第２目標電圧値）及び予め定められた制限時間に加えて、第１電源部から第２電源部への充電経路（第１導電路）の電圧及び電流と、電圧変換部の効率と、第２電源部の容量とを反映して決定することができる。つまり、始動スイッチがオン状態となった後（車両始動後）に想定される充電状況をより具体的且つ細かく反映した上で、車両動作停止中の第２電源部の目標電圧値（第１目標電圧値）をより一層適切に設定することができる。
　バックアップ装置は、第２電源部に対する要求値として予め定められた所定の継続出力時間と、第２電源部において放電可能な下限値として予め定められた下限電圧と、放電回路の放電能力を示す値とに基づいて第２目標電圧値を決定する第２決定部を有していてもよい。
　このように構成されたバックアップ装置は、車両を始動させる始動スイッチがオフ状態であるときの第２電源部の目標電圧値（第１目標電圧値）だけでなく、始動スイッチがオン状態であるときの目標電圧値（第２目標電圧値）についても、より適正に設定することができる。具体的には、第２電源部に対する要求値として予め定められた所定の継続出力時間と、第２電源部において放電可能な下限値として予め定められた下限電圧と、放電回路の放電能力を示す値とに基づき、オン状態となった後に要求される時間や放電環境を具体的に反映した適切な設定が可能となる。
　以下、本発明を具体化した実施例について説明する。
　＜実施例１＞
　図１に、実施例１に係る車両用のバックアップ装置１（以下、単にバックアップ装置１ともいう）を備えた車両用の電源システム１００（以下、単に電源システム１００ともいう）のブロック図を示す。
　電源システム１００は、負荷９４（電力供給対象）へ電力を供給するための主電源となる第１電源部９１と、少なくとも第１電源部９１からの電力供給が途絶えたときに電力供給源となる第２電源部９２と、第１電源部９１からの電力供給が途絶えたときに第２電源部９２からの放電を迅速に行う機能を備えたバックアップ装置１とを有しており、第１電源部９１又は第２電源部９２を電力供給源として負荷９４に電力を供給するシステムとして構成されている。
　図１で示す電源システム１００は、第１電源部９１からの電力供給が正常状態のときに第１電源部９１の出力電圧に基づく電圧を配線部として構成される配線部８１に印加し、第１電源部９１から配線部８１を介して負荷９４（電力供給対象）に電力を供給する構成をなす。「第１電源部９１からの電力供給が正常状態のとき」とは、第１電源部９１の出力電圧が所定値を超える場合であり、例えば、第２電源部９２からの放電がなされていない状態で第１導電路２１の電圧（電位）が所定の閾値電圧を超える場合である。
　第１電源部９１は、負荷９４（電力供給対象）へ電力を供給し得る車両用電源であり、例えば、鉛バッテリ等の公知の車載バッテリとして構成されている。第１電源部９１は、高電位側の端子が配線部８１に電気的に接続され、配線部８１に対して所定の出力電圧（以降、＋Ｂ電圧ともいう。）を印加する。第１電源部９１の低電位側の端子は例えばグランドに接続されている。
　配線部８１は、第１電源部９１から負荷９４（電力供給対象）へ電力を供給する経路であり、第１電源部９１からの電力供給が異常であるときには第２電源部９２から負荷９４へ電力を供給する経路として機能し得る。配線部８１は、バックアップ装置１の第１導電路２１に電気的に接続され、第１導電路２１には、第１電源部９１の出力電圧が印加される。
　第２電源部９２は、例えば、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）等の公知の蓄電手段によって構成されている。第２電源部９２の高電位側の端子は配線部８２に電気的に接続され、この配線部８２は、バックアップ装置１の第２導電路２２に電気的に接続されている。第２電源部９２の低電位側の端子は例えばグランドに接続されている。第２電源部９２は、配線部８２及び第２導電路２２を介して充放電回路部３に電気的に接続されており、充放電回路部３によって充電又は放電がなされる。第２電源部９２の満充電時の出力電圧は、第１電源部９１の満充電時の出力電圧よりも大きくてもよく、小さくてもよい。
　負荷９４は電力供給対象の一例に相当し、公知の車両用電気部品として構成されている。負荷９４は、例えば、シフトバイワイヤシステムにおけるＥＣＵやアクチュエータ等、第１電源部９１が失陥した場合でも電力供給が望まれる電気部品が好適例である。負荷９４は上述した正常状態のときには第１電源部９１から供給される電力に基づいて動作し、異常状態のときには第２電源部９２から供給される電力に基づいて動作する。
　始動スイッチ７０は、公知のイグニッションスイッチとして構成されている。始動スイッチ７０は、車両に設けられた操作部（図示せず）に対してエンジンを始動させるための所定の始動操作（イグニッションスイッチのオン操作）がなされた場合にオン状態に切り替わり、エンジンを停止させるための所定の停止操作（イグニッションスイッチのオフ操作）がなされた場合にオフ状態に切り替わるスイッチである。本構成では、始動スイッチ７０がオン状態のときにバックアップ装置１の外部に設けられた外部装置７２からバックアップ装置１の制御部５に対して始動スイッチ７０がオン状態であることを示すイグニッションオン信号（以下、ＩＧオン信号ともいう）が入力される。また、始動スイッチ７０がオフ状態のときには、外部装置７２から制御部５に対して始動スイッチ７０がオフ状態であることを示すイグニッションオフ信号（以下、ＩＧオフ信号ともいう）が入力される。
　バックアップ装置１は、主として、第１導電路２１、第２導電路２２、充放電回路部３、電流検出部３１，３２、電圧検出部４１，４２、温度検出部５０、制御部５などを備える。
　バックアップ装置１において、第１導電路２１は、第１電源部９１の高電位側の端子に導通する配線であり、第１電源部９１の出力電圧に応じた所定の直流電圧が印加される構成をなす。第２導電路２２は、第２電源部９２の高電位側の端子に導通する配線であり、第２電源部９２の出力電圧に応じた所定の直流電圧が印加される構成をなす。
　充放電回路部３は、第１電源部９１から第１導電路２１を介して供給される電力に基づいて第２電源部９２を充電する充電回路３Ａとしての機能と、第２電源部９２を放電させて放電電流を配線部８１に供給する放電回路３Ｂとしての機能を有していればよい。この充放電回路部３は、例えば、図２のような構成をなす。
　図２で示す充放電回路部３は、双方向型の昇降圧ＤＣＤＣコンバータとして構成され、第１導電路２１又は第２導電路２２の一方の導電路に印加された直流電圧を昇圧又は降圧して他方の導電路に出力する機能を備える。
　電圧変換部３Ｃは、図１で示す充電回路３Ａとしての機能と、放電回路３Ｂとしての機能とを有する。電圧変換部３Ｃは、第１導電路２１と第２導電路２２との間に設けられ、スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４のオンオフ動作により入力された電圧を昇圧又は降圧して出力するように電圧変換動作を行う。電圧変換部３Ｃは、第１導電路２１に印加された電圧を昇圧又は降圧して第２導電路２２に所望の電圧を印加する第１モードの動作と、第２導電路２２に印加された電圧を昇圧又は降圧して第１導電路２１に所望の電圧を印加する第２モードの動作とを行い得る。第１モードは、第２電源部９２を充電する充電モードであり、第２モードは、第２電源部９２を放電する放電モードである。
　電圧変換部３Ｃは、Ｈブリッジ構造で配置されたスイッチング素子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４と、コイルＬ１とを備える。更に、電圧変換部３Ｃは、第１導電路２１とグランドとの間に介在するコンデンサＣ１と、第２導電路２２とグランドとの間に介在するコンデンサＣ２とを備える。スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、いずれもＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴとして構成されている。スイッチング素子Ｔ１のドレインには、第１導電路２１が接続され、スイッチング素子Ｔ１のソースには、スイッチング素子Ｔ２のドレイン及びコイル８の一端が接続されている。スイッチング素子Ｔ３のドレインには、第２導電路２２が接続され、スイッチング素子Ｔ３のソースには、スイッチング素子Ｔ４のドレイン及びコイル８の他端が接続されている。スイッチング素子Ｔ２，Ｔ４のそれぞれのソースはグラウンドに接続されている。スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４のそれぞれのゲートには、後述する駆動回路５Ｂからの各信号がそれぞれ入力される。なお、図２では、スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４のそれぞれのゲートに接続される個別の信号線の図示を省略している。
　電流検出部３１，３２はいずれも、公知の電流検出回路として構成されている。電流検出部３１は、第１導電路２１を流れる電流を検出する電流検出回路であり、例えば第１導電路２１に介在して設けられたシャント抵抗と、シャント抵抗の両端電圧を増幅したアナログ電圧値を制御部５に出力する出力する差動増幅器とによって構成されている。電流検出部３２は、第２導電路２２を流れる電流を検出する電流検出回路であり、例えば第２導電路２２に介在して設けられたシャント抵抗と、シャント抵抗の両端電圧を増幅したアナログ電圧値を制御部５に出力する差動増幅器とによって構成されている。制御部５は、電流検出部３１から入力された値（電流検出部３１の検出値）に基づいて第１導電路２１を流れる電流値を把握し、電流検出部３２から入力された値（電流検出部３２の検出値）に基づいて第２導電路２２を流れる電流値を把握する。
　電圧検出部４１，４２はいずれも、公知の電圧検出回路として構成されている。電圧検出部４１は、第１導電路２１の電圧（電位）を示す値（例えば第１導電路２１の電圧値、又は第１導電路２１の電圧値を分圧回路によって分圧した値等）を検出値として制御部５に入力する。電圧検出部４２は、第２導電路２２の電圧（電位）を示す値（例えば第２導電路２２の電圧値、又は第２導電路２２の電圧値を分圧回路によって分圧した値等）を検出値として制御部５に入力する。制御部５は、電圧検出部４１から入力された値（電圧検出部４１の検出値）に基づいて第１導電路２１の電圧値（電位）を把握し、電圧検出部４２から入力された値（電圧検出部４２の検出値）に基づいて第２導電路２２の電圧値（電位）を把握する。
　温度検出部５０は、公知の温度センサによって構成されており、例えば、第２電源部９２の表面に接触する形で、又は第２電源部９２に近接する形で配置されている。温度検出部５０は、配置位置（第２電源部９２近傍）の温度を示すアナログ電圧値を生成し、制御部５に入力する。
　制御部５は、例えばマイクロコンピュータ等として構成された制御回路５Ａと、電圧変換部３Ｃに与える駆動信号を生成する駆動回路５Ｂとを備え、充放電回路部３による充電動作及び放電動作を制御する。制御回路５Ａは、ＣＰＵ等の演算装置、ＲＯＭ又はＲＡＭ等のメモリ、ＡＤ変換器等を有する。制御回路５Ａは、電流検出部３１，３２及び電圧検出部４１，４２から入力される電流値及び電圧値と、制御回路５Ａによって設定された目標電圧値とに基づいて公知の方法でフィードバック制御を行い、電圧変換部６に与えるＰＷＭ信号のデューティを設定する。そして、設定されたデューティのＰＷＭ信号を駆動回路５Ｂに出力する。駆動回路５Ｂは、スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４をオンオフさせる制御信号を出力する回路である。駆動回路５Ｂは、スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４の中からＰＷＭ信号の出力対象となる一対の素子を選択し、選択された一対の素子に対してＰＷＭ信号を相補的に出力する。また、駆動回路５Ｂは、ＰＷＭ信号の出力対象ではないスイッチング素子のゲートに対しては、オン動作又はオフ動作させる信号を出力する。
　本実施例に関する以下の説明では、図１で示す第１電源部９１の満充電時の充電電圧（出力電圧）よりも第２電源部９２の満充電時の充電電圧（出力電圧）が低い例を代表例として説明する。図１で示す電源システム１００では、第１電源部９１の充電電圧（出力電圧）が第２電源部９２の充電電圧（出力電圧）よりも高い所定値付近（例えば１２Ｖ程度）で維持されるようになっている。
　図２で示す制御部５は、第１モード（充電モード）の動作を行う場合、第１導電路２１を入力側導電路とし且つ第２導電路２２を出力側の導電路とし、第２導電路２２に所望の目標電圧値の出力電圧を印加するように電圧変換部３Ｃに降圧動作を行わせる。制御部５は、第１モードの動作を行う場合、スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２の各ゲートに対してデッドタイムを設定した形でＰＷＭ信号を相補的に出力する。制御部５は、スイッチング素子Ｔ１のゲートにオン信号を出力している間は、スイッチング素子Ｔ２にゲートにオフ信号を出力し、スイッチング素子Ｔ２のゲートにオン信号を出力している間は、スイッチング素子Ｔ１にゲートにオフ信号を出力する。制御部５は、このようなＰＷＭ信号の出力と並行して、スイッチング素子Ｔ３のゲートにオン信号を継続的に出力し、スイッチング素子Ｔ４のゲートにはオフ信号を継続的に出力する。つまり、スイッチング素子Ｔ３はオン状態で維持され、スイッチング素子Ｔ４はオフ状態で維持される。第１モードのときに電圧変換部３Ｃによって第２導電路２２に印加される出力電圧は、制御部５がスイッチング素子Ｔ１のゲートに与えるＰＷＭ信号のデューティに応じて定まる。
　このように、電圧変換部３Ｃは、図１で示す充電回路３Ａとして機能し、制御部５が第１モードの制御を行う場合に第２電源部９２を充電する充電動作を行うように機能し、第１モードの制御を行わない場合（例えば、電圧変換部３Ｃの動作を停止させる場合）に第２電源部９２の充電を停止する充電停止動作を行うように機能する。
　制御部５は、第２モード（放電モード）の動作を行う場合、第２導電路２２を入力側導電路とし且つ第１導電路２１を出力側導電路とし、第１導電路２１に所望の目標電圧値の出力電圧を印加するように電圧変換部３Ｃに昇圧動作を行わせる。制御部５は、第２モードの動作を行う場合、スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２の各ゲートに対してデッドタイムを設定した形でＰＷＭ信号を相補的に出力する。制御部５は、スイッチング素子Ｔ２のゲートにオン信号を出力している間は、スイッチング素子Ｔ１にゲートにオフ信号を出力し、スイッチング素子Ｔ１のゲートにオン信号を出力している間は、スイッチング素子Ｔ２にゲートにオフ信号を出力する。制御部５は、このようなＰＷＭ信号の出力と並行して、スイッチング素子Ｔ３のゲートにオン信号を継続的に出力し、スイッチング素子Ｔ４のゲートにはオフ信号を継続的に出力する。つまり、スイッチング素子Ｔ３はオン状態で維持され、スイッチング素子Ｔ４はオフ状態で維持される。第２モードのときに電圧変換部３Ｃによって第１導電路２１に印加される出力電圧は、制御部５がスイッチング素子Ｔ２のゲートに与えるＰＷＭ信号のデューティに応じて定まる。
　このように、電圧変換部３Ｃは、図１で示す放電回路３Ｂとして機能し、制御部５が第２モードの制御を行う場合に第２電源部９２を放電する放電動作を行うように機能し、第２モードの制御を行わない場合（例えば、電圧変換部３Ｃの動作を停止させる場合）に第２電源部９２の放電を停止する放電停止動作を行うように機能する。
　次に、バックアップ装置１による充電制御及び放電制御の具体的な流れについて説明する。
　図１で示す電源システム１００は、第１電源部９１を主電源として動作させ、第１電源部９１からの電力供給が異常であるときに第２電源部９２を電力供給源として動作させ得るシステムとして構成されている。第２電源部９２の充電及び放電はバックアップ装置１によって以下のように制御される。
　図１、図２で示すバックアップ装置１は、制御部５が始動スイッチ７０の状態を監視し得る。本構成では、車両用電源システム１００が搭載された車両内において、ユーザにより始動スイッチ７０（イグニッションスイッチ）をオン状態に切り替える始動操作（オン操作）がなされると、始動スイッチ７０がオフ状態からオン状態に切り替わる。始動スイッチ７０がオフ状態のときには外部装置７２から制御部５に対してＩＧオフ信号が継続的に入力され、始動スイッチ７０がオフ状態からオン状態に切り替わると、外部装置７２から制御部５に入力される信号はＩＧオフ信号からＩＧオン信号に切り替わる。なお、始動スイッチ７０がオン状態である間は、制御部５にＩＧオン信号が継続的に入力され続ける。
　まず、図３を参照して始動スイッチ７０がオフ状態からオン状態に切り替わった場合の制御について説明する。
　制御部５は、外部装置７２から制御部５に入力される信号がＩＧオフ信号からＩＧオン信号に切り替わったことを検知すると、図３で示す充電制御を実行する。制御部５は、図３で示す充電制御を開始した場合、まず、ステップＳ１の処理を実行し、電圧変換部３Ｃに対して上述した充電動作を行わせる。具体的には、制御部５はステップＳ１にて上述した第１モード（充電モード）の動作を開始し、第１導電路２１を入力側導電路とするとともに第２導電路２２を出力側導電路とし、第２導電路２２に所望の目標電圧値の出力電圧を印加するように電圧変換部３Ｃに降圧動作を行わせる。電圧変換部３Ｃが第２導電路２２に印加する出力電圧値（目標電圧値）は、例えば第２電源部９２の満充電時の出力電圧値程度であってもよく、これよりも若干大きい値であってもよい。
　制御部５は、ステップＳ１の処理を実行して電圧変換部３Ｃの充電動作を開始させた後、ステップＳ２の処理を実行し、第２目標電圧値Ｖｔ２を決定する。第２目標電圧値Ｖｔ２は、始動スイッチ７０がオン状態であるときに目標とする第２電源部９２の充電電圧値である。本構成では制御部５が第２目標電圧値Ｖｔ２を決定する第２決定部の一例に相当し、第２電源部９２に対する要求値として予め定められた所定の継続出力時間Ｔと、第２電源部９２において放電可能な下限値として予め定められた下限電圧Ｘと、放電回路３Ｂの放電能力を示す値（出力電圧値Ｖout、出力電流値Ｉoutなど）とに基づいて第２目標電圧値Ｖｔ２を決定する。出力電圧値Ｖout及び出力電流値Ｉoutは、異常発生に伴って第２電源部９２に放電動作を行わせる場合に電圧変換部３Ｃから出力する電圧値及び電流値である。継続出力時間Ｔは、異常発生に伴って電圧変換部３Ｃに第２電源部９２の放電動作を行わせる場合に、電圧変換部３Ｃから出力電圧値Ｖout及び出力電流値Ｉoutの出力を継続すべき最低時間である。
　具体的には、制御部５が出力電圧値をＶoutとし出力電流値をＩoutとする放電動作を電圧変換部３Ｃに行わせたときに、この放電動作の開始時間ｔ（１）から継続出力時間Ｔが経過した時間（ｔ（ｎ））で第２電源部９２の充電電圧（出力電圧）が予め定められた下限電圧Ｘとなるように、下限電圧Ｘから逆算して開始時間ｔ（１）での第２電源部９２の充電電圧（出力電圧）を第２目標電圧値Ｖｔ２として決定する。つまり、放電動作の開始時間ｔ（１）で第２電源部９２の充電電圧（出力電圧）が第２目標電圧値Ｖｔ２である場合、制御部５が、第１導電路２１に対する出力電圧値をＶoutとし出力電流値をＩoutとする放電動作を電圧変換部３Ｃに継続出力時間Ｔだけ行わせたとき、開始時間ｔ（１）から継続出力時間Ｔが経過した時間ｔ（ｎ）で第２電源部９２の充電電圧（出力電圧）が下限電圧Ｘとなるのである。このような関係を満たすように第２目標電圧値Ｖｔ２を決定する。
　第２目標電圧値Ｖｔ２は、第１導電路２１に対する出力電圧値及び出力電流値をそれぞれ出力電圧値Ｖout且つ出力電流値Ｉoutとする放電動作を少なくとも時間Ｔだけ継続するために必要な充電電圧（必要最低充電電圧）であり、以下の通りに定めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　時間ｔ（１）を放電開始時間として出力電圧値Ｖout且つ出力電流値Ｉoutで放電動作を行った場合、継続出力時間Ｔの間で電圧変換部３Ｃによって放電電流が流されることによる第２電源部９２の充電電圧の低下は図５のようになる。なお、図５では、第２電源部９２の内部抵抗による電圧降下の影響を除いている。図５において、Ｖ（ｔ（ｎ））は、出力電圧値Ｖout且つ出力電流値Ｉoutで放電動作を行った場合の時間ｔ（ｎ）のときの第２電源部９２の充電電圧値である。ここでは、時間ｔ（ｎ）を継続出力時間Ｔとし、Ｖ（ｔ（ｎ））を下限電圧Ｘとする。図５の説明では、時間ｔ（１）から時間ｔ（ｎ）までの時間Ｔの間に電圧変換部３Ｃの放電動作を継続した場合、第２電源部９２から放出される放電電流によって充電電圧がＶaの分だけ低下することを示している。つまり、放電によるエネルギーの損失分によって充電電圧がＶaの分だけ低下することを意味する。
　数１は、このようなエネルギー損失分による充電電圧の低下に加え、下限電圧Ｘと、第２電源部９２の内部抵抗による最大電圧降下Ｖｄとを加味して第２目標電圧値Ｖｔ２を定めている。数１のΔＶ（ｔ（ｎ））は、以下の通りに算出する。
　まず、Ｖ（ｔ（ｎ））を下限電圧Ｘとするため、以下の数２の式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　そして、ｔ（ｎ）のときの電圧変換部３Ｃの効率（コンバータ効率）Ｙ（ｔ（ｎ））は以下の数３のように表すことができる。数３においてＡ、Ｂ、Ｃは、電圧変換部３Ｃの具体的構成に基づいて定まる係数（固定値）である。この効率（コンバータ効率）Ｙ（ｔ（ｎ））は、電圧変換部３Ｃが第２モード（放電モード）で動作を行う場合において第２電源部９２の充電電圧値がＶ（ｔ（ｎ））のときの電圧変換部３Ｃの効率であり、Ｖ（ｔ（ｎ））に応じて効率が定まるように数３の式で対応付けられている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　更に、時間ｔ（ｎ）のときに第２電源部９２から放出される電流値Ｉ（ｔ（ｎ））は、以下の数４のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　更に、時間ｔ（ｎ）と時間ｔ（ｎ－１）との差（時間間隔）は、以下の数５のように表すことができる。数５において、Ｃは、第２電源部９２の容量である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　このような数２～数５の式によってΔＶ（ｔ（ｎ））を算出することができる。なお、下限電圧Ｘから上記低下分Ｖａを逆算した場合のＶ（ｔ（１））は、以下の数６のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　Ｖ（ｔ（１））は、第２電源部９２の内部抵抗による電圧降下分を想定しない場合の放電開始時間ｔ（１）での充電電圧である。この関係式に加え、内部抵抗による最大電圧降下Ｖｄを考慮した場合の第２目標電圧値Ｖｔ２は数１のようになる。
　数１において、Ｖｄは、最大電圧降下であり、以下の数７で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　数７において、Ｒは、第２電源部９２の内部抵抗であり、以下の数８で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　数８において、Ｋｒは、抵抗値の温度補正係数であり、Ｒｂは、内部抵抗の基準値である。抵抗値の温度補正係数は、図６のような関係にあり、図６のようなデータ（即ち、温度と抵抗値の温度補正係数を対応付けたテーブル、演算式等のデータ）は図示しないメモリ等に記憶されている。抵抗値の温度補正係数を求める場合、図３のステップＳ２の時点で温度検出部５０で検出される温度に対応する抵抗値の温度補正係数をメモリに記憶されたデータから取得する。
　内部抵抗の基準値Ｒｂは、図７のような方法で測定、算出することができる。具体的には、図３の充電制御を行ってステップＳ４で充電動作を停止した場合に停止直前と停止後の第２電源部９２の充電電圧の変化量ΔＶ２と、停止直前の第２導電路２２の電流（充電電流）Ｉｂとに基づいて数９のように算出することできる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　また、数５における第２電源部９２の容量Ｃは、容量の基準値Ｃｂと、容量の温度補正係数Ｋｃとに基づいて以下の数１０の式で求めることができる。なお、本構成では、制御部５が容量算出部の一例に相当する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　容量の基準値Ｃｂは、図８のような方法で測定、算出することができる。具体的には、図３において充電動作を開始した後、定電流Ｉａで一定期間Δｔ１の充電動作を行ったときの充電電圧の変化がΔＶ１であった場合、以下の数１１の式で容量基準値Ｃｂを表すことができる。なお、容量基準値Ｃｂ及び容量Ｃの算出は、図３のステップＳ２の処理を行う毎に行うことができ、算出される毎に最新の容量Ｃを用いることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　数１０において、Ｋｃは、容量の温度補正係数であり、容量の温度補正係数は図６のような関係にある。図６のようなデータ（即ち、温度と容量の温度補正係数を対応付けたテーブル、演算式等のデータ）は図示しないメモリ等に記憶されている。容量の温度補正係数を求める場合、図３のステップＳ２の時点で温度検出部５０で検出される温度に対応する容量の温度補正係数をメモリに記憶されたデータから取得する。
　制御部５は、図３の制御のステップＳ２において以上のような算出方法で第２目標電圧値Ｖｔ２を算出する。制御部５は、第２目標電圧値Ｖｔ２が決定した後、電圧変換部３Ｃに充電動作を行わせる制御を継続しつつ第２電源部９２の充電電圧（出力電圧）を監視する。具体的には、制御部５は、ステップＳ２の後、ステップＳ３において第２導電路２２の電圧が上記第２目標電圧値Ｖｔ２となったか否かを繰り返し判定し、第２導電路２２の電圧（具体的には、電圧検出部４２の検出位置の電位）が上記第２目標電圧値Ｖｔ２となった場合（ステップＳ３でＹｅｓの場合）、ステップＳ４において電圧変換部３Ｃの充電動作を停止する。
　このように、制御部５は、始動スイッチ７０がオン状態となった場合（外部から入力される信号がＩＧオフ信号からＩＧオン信号に切り替わった場合）に、第２電源部９２の充電電圧を、上記第２目標電圧値Ｖｔ２に達するように充放電回路部３（充電回路）に充電動作を行わせ、始動スイッチ７０がオン状態の間（即ち、車両が走行可能状態となっている間）は、第２電源部９２の充電電圧を第２目標電圧値Ｖｔ２付近で維持する。
　次に、始動スイッチ７０がオン状態からオフ状態に切り替わった場合の制御について説明する。
　制御部５は、外部装置７２から制御部５に入力される信号がＩＧオン信号からＩＧオフ信号に切り替わったことを検知すると、図４で示す放電制御を実行する。制御部５は、図４で示す放電制御を開始した場合、まず、ステップＳ２１の処理を実行し、電圧変換部３Ｃに対して上述した放電動作を行わせる。具体的には、制御部５はステップＳ２１にて上述した第２モード（放電モード）の動作を開始し、第２導電路２２を入力側導電路とするとともに第１導電路２１を出力側導電路とし、第１導電路２１に所望の目標電圧値の出力電圧を印加するように電圧変換部３Ｃに昇圧動作を行わせる。電圧変換部３Ｃが第１導電路２１に印加する出力電圧値（目標電圧値）は、例えば第１電源部９１の満充電時の出力電圧値程度であってもよく、これよりも若干大きい値であってもよい。
　制御部５は、ステップＳ２１の処理を実行して電圧変換部３Ｃの放電動作を開始させた後、ステップＳ２２の処理を実行し、第１目標電圧値Ｖｔ１を決定する。第１目標電圧値Ｖｔ１は、車両を始動させる始動スイッチ７０がオフ状態であるときの第２電源部９２の充電目標電圧値である。本構成では、制御部５が決定部の一例に相当し、第１目標電圧値Ｖｔ１を、スイッチがオン状態であるときの第２電源部９２の目標電圧値である第２目標電圧値Ｖｔ２と、充電回路３Ａの充電能力を示す値と、予め定められた制限時間Ｎとに基づいて、第２目標電圧値Ｖｔ２よりも低い値で決定する。具体的には、決定部に相当する制御部５は、電圧検出部４１で検出された第１導電路２１の電圧と、電流検出部３１で検出された第１導電路２１の電流と、効率算出部で算出された電圧変換部３Ｃの効率と、容量算出部で算出された第２電源部９２の容量Ｃと、第２目標電圧値Ｖｔ２と、制限時間Ｎとに基づいて、以下の数１２の式で第１目標電圧値Ｖｔ１を決定する。数１２において、Ｉｓは、充電動作のときに第１電源部９１から電圧変換部３Ｃに流れ込む入力電流（充電電流）であり、Ｖｓは、充電動作のときに第１電源部９１によって第１導電路２１に印加される入力電圧（充電電圧）である。制限時間Ｎは、充電開始後に第２目標電圧値Ｖｔ２に達するまでの制限時間（この時間内に抑えるべき時間）であり、入力電流Ｉｓ及び入力電圧Ｖｓで充電動作を行う場合に、第２電源部９２の充電電圧を第１目標電圧値Ｖｔ１から第２目標電圧値Ｖｔ２まで上昇させる上で要する時間である。Ｙ（Ｖｓ）は、電圧変換部３Ｃが第１モード（充電モード）で動作するときに入力電圧が電圧Ｖｓのときの電圧変換部３Ｃの効率（コンバータ効率）であり、例えば、数３の式により電圧Ｖｓのときの効率として求めてもよい。或いは、電圧変換部３Ｃが第１モードの動作（充電動作）を行う場合のコンバータ効率（入力電圧に応じて定まるコンバータ効率）が、入力電圧毎にコンバータ効率を定めるテーブルデータや演算式によって定められていてもよく、この場合、コンバータ効率Ｙ（Ｖｓ）は、このようなテーブルデータや演算式において上記入力電圧Ｖｓに対応する値として定められた効率を用いるようにしてもよい。なお、本構成では、制御部５が効率算出部の一例に相当する。なお、Ｉｓ、Ｖｓ、Ｙ（Ｖｓ）は、図３の制御を実行する毎に求めることができ、この場合、ステップＳ２２では、直近で検出されたＩｓ、Ｖｓ、Ｙ（Ｖｓ）を用いればよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　制御部５は、図４の制御のステップＳ２２において上記算出方法で第１目標電圧値Ｖｔ１を算出する。制御部５は、第１目標電圧値Ｖｔ１が決定した後、電圧変換部３Ｃに放電動作を行わせる制御を継続しつつ第２電源部９２の充電電圧（出力電圧）を監視する。具体的には、制御部５は、ステップＳ２２の後、ステップＳ２３において第２導電路２２の電圧が上記第１目標電圧値Ｖｔ１以下となったか否かを繰り返し判定し、第２導電路２２の電圧（具体的には、電圧検出部４２の検出位置の電位）が上記第１目標電圧値Ｖｔ１以下となった場合（ステップＳ２３でＹｅｓの場合）、ステップＳ２４において電圧変換部３Ｃの放電動作を停止する。
　このように、制御部５は、始動スイッチがオフ状態となった場合（外部から入力される信号がＩＧオン信号からＩＧオフ信号に切り替わった場合）に第２電源部９２の充電電圧を上記方法で設定された第１目標電圧値Ｖｔ１とするように充放電回路部３（放電回路）に放電動作を行わせる。そして、第２電源部９２の充電電圧が第１目標電圧値Ｖｔ１となった場合、充放電回路部３の放電動作を停止させる。このように第２電源部９２の充電電圧が第１目標電圧値Ｖｔ１のときに放電動作が停止するため、始動スイッチ７０がオフ状態の間は、第２電源部９２の充電電圧が第１目標電圧値Ｖｔ１以下且つ第１目標電圧値Ｖｔ１付近で維持される。
　次に、始動スイッチ７０（イグニッションスイッチ）がオン状態のときに正常状態から異常状態に変化した場合の動作について説明する。
　始動スイッチ７０がオン状態のときに第１電源部９１からの電力供給の異常（例えば、第１電源部９１付近での地絡発生や断線など）が生じ、第１電源部９１から配線部８３を介して配線部８１に正常な電圧が印加されなくなると、第１導電路２１に印加された電圧（＋Ｂ電圧）が閾値Ｖｔｈよりも大きい値から閾値Ｖｔｈ以下の値に変化する。制御部５は、始動スイッチ７０がオン状態のときに第１導電路２１の電圧を継続的に監視し、第１導電路２１の電圧が閾値Ｖｔｈ以下となった場合、第１電源部９１からの電力供給が異常状態であると判断し、第２モードの動作を行う。具体的には、電圧変換部３Ｃに対し上述した放電動作を行わせる。これにより、負荷９４をバックアップすることができる。なお、配線部８３に図示しないスイッチが設けられる場合、このスイッチをオフ状態に切り替えるようにして、配線部８１と第１電源部９１との間の通電を遮断してもよい。
　次に、本構成の効果を例示する。
　バックアップ装置１は、車両を始動させる始動スイッチ７０がオフ状態であるときに、第２電源部９２の充電電圧の目標電圧値である第１目標電圧値Ｖｔ１を、オン状態のときの目標電圧値（第２目標電圧値Ｖｔ２）よりも低く設定する。このように、車両動作停止中に第２電源部９２の充電電圧を相対的に低く抑えることができるため、第２電源部９２の劣化を抑制することができる。更には、車両動作停止中における第２電源部９２の充電電圧の目標電圧値（第１目標電圧値Ｖｔ１）を単に低くするのではなく、スイッチがオン状態であるときの第２電源部９２の目標電圧値（第２目標電圧値Ｖｔ２）と、充電回路３Ａの充電能力を示す値と、予め定められた制限時間Ｎとに基づいて設定することができる。つまり、車両動作停止中の第２電源部９２の目標電圧値（第１目標電圧値Ｖｔ１）を、その後にオン状態になったときに想定される充電状況や求められる制限時間Ｎに合わせてより適切に設定することができる。なお、数１３の式において、入力電流Ｉｓと入力電圧Ｖｓとコンバータ効率Ｙ（Ｖｓ）とが充電回路３Ａによる充電能力を示す値である。
　このように、オフ状態後の第２電源部９２の目標電圧値（第１目標電圧値Ｖｔ１）について適正化が図られるため、車両動作開始後には第２電源部９２の充電電圧を目標とする水準まで迅速に上昇させることができ、車両動作終了後には第２電源部９２の充電電圧を適正なレベルまで低下させて劣化を抑制することができる。
　充電回路３Ａは、第１電源部９１に電気的に接続された第１導電路２１に印加された電圧を降圧又は昇圧し、第２電源部９２に電気的に接続された第２導電路２２に印加する電圧変換部３Ｃを備える。更に、バックアップ装置１は、第１導電路２１の電圧を検出する電圧検出部４１と、第１導電路２１の電流を検出する電流検出部３１と、第２電源部９２の温度を検出する温度検出部５０と、電圧検出部４１で検出された電圧に基づいて電圧変換部３Ｃの効率を算出する効率算出部と、温度検出部５０で検出された温度に基づいて第２電源部９２の容量Ｃを算出する容量算出部とを有する。決定部は、上述した数１２の式を用い、電圧検出部４１で検出された第１導電路２１の電圧Ｖｓ（例えば、ステップＳ２２開始時点での第１導電路２１の電圧Ｖｓ）と、電流検出部３１で検出された第１導電路２１の電流Ｉｓ（例えば、ステップＳ２２開始時点での第１導電路２１の電流Ｉｓ）と、効率算出部で算出された電圧変換部３Ｃの効率（電圧変換部３Ｃが第１モードで動作する場合に上記電圧Ｖｓによって定まるコンバータ効率Ｙ（Ｖｓ））と、容量算出部で算出された第２電源部９２の容量Ｃと、第２目標電圧値Ｖｔ２と、制限時間Ｎとに基づいて第１目標電圧値Ｖｔ１を決定するように機能する。
　このように構成されたバックアップ装置１は、始動スイッチ７０がオフ状態であるときの第２電源部９２の目標電圧値（第１目標電圧値Ｖｔ１）を、スイッチがオン状態であるときの第２電源部９２の目標電圧値（第２目標電圧値Ｖｔ２）及び予め定められた制限時間Ｎに加えて、第１電源部９１から第２電源部９２への充電経路（第１導電路２１）の電圧及び電流と、電圧変換部３Ｃの効率と、第２電源部９２の容量Ｃとを反映して決定することができる。つまり、スイッチがオン状態となった後（車両始動後）に想定される充電状況をより具体的且つ細かく反映した上で、車両動作停止中の第２電源部９２の目標電圧値（第１目標電圧値Ｖｔ１）をより一層適切に設定することができる。
　バックアップ装置１は、第２電源部９２に対する要求値として予め定められた所定の継続出力時間Ｔと、第２電源部９２において放電可能な下限値として予め定められた下限電圧Ｘと、放電回路３Ｂの放電能力を示す値（数４におけるＶout、Ｉout）とに基づいて第２目標電圧値を決定する第２決定部を有する。具体的には、図５においてＶａは、継続出力時間Ｔと放電回路３Ｂの放電能力を示す値（数４におけるＶout、Ｉout）とに基づいて定まる電圧低下分（出力電圧Ｖout及び出力電流Ｉoutの放電を時間ｔ（１）から時間ｔ（ｎ）までの時間Ｔだけ行った場合に時間Ｔで低下する電圧）であり、数１における積分項に相当する。Ｖｔ２は、Ｖａと下限電圧Ｘと第２電源部９２の内部抵抗による最大電圧降下Ｖｄ（第２電源部９２から流れる電流が電流Ｉ（ｔ（ｎ））のときの電圧降下）とに基づいてＶｔ２＝Ｖｄ＋Ｘ＋Ｖａの式で求めることができる。
　このように構成されたバックアップ装置１は、車両を始動させるスイッチがオフ状態であるときの第２電源部９２の目標電圧値（第１目標電圧値Ｖｔ１）だけでなく、スイッチがオン状態であるときの目標電圧値（第２目標電圧値Ｖｔ２）についても、より適正に設定することができる。具体的には、第２電源部９２に対する要求値として予め定められた所定の継続出力時間Ｔと、第２電源部９２において放電可能な下限値として予め定められた下限電圧Ｘと、放電回路３Ｂの放電能力を示す値とに基づき、オン状態となった後に要求される時間や放電環境を具体的に反映した適切な設定が可能となる。
　＜他の実施例＞
　本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
　上述した実施例１では、第１電源部９１に鉛バッテリを用いているが、この構成に限定されず、本明細書のいずれの例においても、鉛バッテリに代えて又は鉛バッテリと併用して第１電源部９１に他の電源手段（リチウムイオン電池などの公知の他の蓄電手段や発電手段など）を用いてもよい。第１電源部９１を構成する電源手段の数は１つに限定されず、複数の電源手段によって構成されていてもよい。
　上述した実施例１では、第２電源部９２に電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）を用いているが、この構成に限定されず、本明細書のいずれの例においても、第２電源部９２にリチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ、ニッケル水素充電池などの他の蓄電手段を用いてもよい。また、第２電源部９２を構成する蓄電手段の数は１つに限定されず、複数の蓄電手段によって構成されていてもよい。
　実施例１では、第２電源部９２がバックアップ装置１の外部に設けられた構成を例示したが、第２電源部９２がバックアップ装置１の一部として構成されていてもよい。
　実施例１では、電圧変換部３Ｃが充電回路３Ａとしての機能と放電回路３Ｂとしての機能を有していたが、充電回路３Ａと放電回路３Ｂとが別々の回路として構成されていてもよい。
　実施例１では、始動スイッチ７０がオン状態であるときの第２電源部９２の目標電圧値である第２目標電圧値Ｖｔ２を、上述した算出方法によって算出する例を示したが、第２目標電圧値Ｖｔ２を第２電源部９２の満充電時の充電電圧よりも低い固定値としてもよい。
　実施例１では、始動スイッチ７０がオン状態であるときの第２電源部９２の目標電圧値である第２目標電圧値Ｖｔ２を、数１に基づいて算出する例を示したが、数１において最大電圧降下Ｖｄ以外の項を固定値として第２目標電圧値Ｖｔ２を算出してもよい。即ち、図５で示すＶａ及びＸを固定値として、Ｖｔ２＝Ｖｄ＋Ｘ＋Ｖａの式によって第２目標電圧値Ｖｔ２を算出してもよい。つまり、Ｖａの値は、上述した手法によってリアルタイムに算出してもよく、予め定められた固定値で近似してもよい。Ｖａをリアルタイムで算出する場合、実施例１で上述した算出方法以外の方法を用いてもよい。例えば、所定の時期に電圧変換部３Ｃによって出力電圧Ｖout及び出力電流Ｉoutの放電を下限電圧Ｘに達するまで行うととともにその放電時の時間経過と第２電源部の充電電圧との関係を監視するような計測モードを実行した上で、下限電圧Ｘに達した時点から時間Ｔだけ遡った時点での第２電源部９２の充電電圧を求め、この充電電圧をＶａ＋Ｘ、即ちＶ（ｔ（１））としてもよい。固定値を用いる場合、Ｖａの値は、継続出力時間Ｔと放電回路３Ｂの放電能力を示す値（数４におけるＶout、Ｉout）とに基づく固定値として予め決定しておけばよい。例えば、製品出荷前のバックアップ装置１において、放電開始前の第２電源部９２の出力電圧がＶ（ｔ（１））であるときに所定温度条件下で電圧変換部３Ｃによって出力電圧Ｖout及び出力電流Ｉoutの放電を時間Ｔだけ行った場合に時間Ｔが経過した時点で第２電源部９２の出力電圧がＸとなるような関係にあるＶ（ｔ（１））を、上述したＸ＋Ｖａに相当する固定値（近似値）として用いてもよい。
　１…車両用のバックアップ装置
　３Ａ…充電回路
　３Ｂ…放電回路
　３Ｃ…電圧変換部
　５…制御部（決定部、第２決定部、効率算出部、容量算出部）
　２１…第１導電路
　２２…第２導電路
　３１…電流検出部
　４１…電圧検出部
　５０…温度検出部
　９１…第１電源部
　９２…第２電源部
　１００…車両用の電源システム

Claims (3)

  1. 　第１電源部と少なくとも前記第１電源部からの電力供給が異常であるときに電力供給源となる第２電源部とを備えた車両用の電源システムにおいて前記第２電源部の充電及び放電を制御する車両用のバックアップ装置であって、
    　前記第２電源部を充電する充電動作と前記第２電源部の充電を停止する充電停止動作とを行う充電回路と、
    　前記第２電源部を放電する放電動作と前記第２電源部の放電を停止する放電停止動作とを行う放電回路と、
    　車両を始動させる始動スイッチがオフ状態であるときの前記第２電源部の目標電圧値である第１目標電圧値を、前記始動スイッチがオン状態であるときの前記第２電源部の目標電圧値である第２目標電圧値と、前記充電回路による充電能力を示す値と、予め定められた制限時間とに基づいて、前記第２目標電圧値よりも低い値で決定する決定部と、
    　前記始動スイッチがオン状態となった場合に前記第２電源部の充電電圧が前記第２目標電圧値に達するように前記充電回路に充電動作を行わせ、前記始動スイッチがオフ状態となった場合に前記第２電源部の充電電圧を前記決定部で決定した前記第１目標電圧値とするように前記放電回路に放電動作を行わせる制御部と、
    を有する車両用のバックアップ装置。
  2. 　前記充電回路は、前記第１電源部に電気的に接続された第１導電路に印加された電圧を降圧又は昇圧し、前記第２電源部に電気的に接続された第２導電路に印加する電圧変換部を備え、
    　更に、前記第１導電路の電圧を検出する電圧検出部と、
    　前記第１導電路の電流を検出する電流検出部と、
    　前記第２電源部の温度を検出する温度検出部と、
    　前記電圧検出部で検出された電圧に基づいて前記電圧変換部の効率を算出する効率算出部と、
    　前記温度検出部で検出された温度に基づいて前記第２電源部の容量を算出する容量算出部と、
    を有し、
    　前記決定部は、前記電圧検出部で検出された前記第１導電路の電圧と、前記電流検出部で検出された前記第１導電路の電流と、前記効率算出部で算出された前記電圧変換部の効率と、前記容量算出部で算出された前記第２電源部の容量と、前記第２目標電圧値と、前記制限時間とに基づいて、前記第１目標電圧値を決定する請求項１に記載の車両用のバックアップ装置。
  3. 　前記第２電源部に対する要求値として予め定められた所定の継続出力時間と、前記第２電源部において放電可能な下限値として予め定められた下限電圧と、前記放電回路の放電能力を示す値とに基づいて前記第２目標電圧値を決定する第２決定部を有する請求項１又は請求項２に記載の車両用のバックアップ装置。
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